시험재료 및 종자 철분코팅

본시험은 2015년부터 2016년까지 국립식량과학원 남부 작물부 및 영덕출장소에서 수행하였다. 시험에 사용한 벼 품종은 전국 및 경북지역에서 많이 재배되고 있는 중생종 인 대보벼와 삼덕벼를 2014년 영덕출장소 시험포장에서 증 식하여 수분함량 15% 정도인 종자를 사용하였다.

종자코팅처리는 대보와 삼덕벼 종자를 3일 동안 침종을 (물 온도 15°C) 한 후 최아 전에 건져내어 그늘에 1시간 정 도 두었다가 종자가 손에 붙지 않을 정도로 수분을 제거시 킨 후 환원철분(입자크기 100 ㎛ 이하)을 종자 무게에 50%, 소석고(CaSO₄·1/2H₂O)는 철분 무게의 10%로 하여 종자 코팅기에 종자와 함께 넣어 3∼4분 정도 1차 코팅작업을 한 후, 2차로 소석고(철분 무게의 5%)를 코팅기에 넣고 2 분 정도 더 코팅작업을 하였다(Park & Yamauchi, 2011). 코팅작업 시 수분부족을 막기 위하여 작업 중간에 물뿌리 개(스프레이)를 이용하여 물을 골고루 분무하면서 코팅작 업을 수행하였다. 그리고 코팅작업 후 철분의 산화로 발열 에 따른 종자 유아의 고온열상 피해로 인한 출아불량을 방 지하기 위하여 벼 육묘상자의 70∼80% 높이로 코팅종자를 담아 다단선반에 치상하고 3일간 매일 오전 1회, 오후 1회 물뿌리개(스프레이)를 이용하여 물을 골고루 분무하였다. 대조로 사용한 일반종자는 철분코팅종자와 동일한 조건으 로 물에 침종시킨 후 건져내어 통풍이 잘되는 그늘에 두어 수분을 제거시킨 후 상온에서 보관하여 사용하였다.

발아시험

발아시험은 온도가 조절되는 발아기(Conviron, Canada) 에서 완전임의 배치로 3∼4반복으로 실시하였다. 온도 영 향을 조사하기 위해 지름이 11 cm인 petridish에 Whatman#1 여과지를 한 장 깐 다음 철분코팅된 대보 및 삼덕벼 종자와 코팅하지 않은 일반종자(대비) 100립씩 넣고 증류수 7 ㎖ 를 부은 후 20°C, 25°C 및 30°C 발아기에서 1∼2일 간격 으로 발아율을 조사하였다. 최종발아율(percent of germination) 은 치상 후 10일 후에 조사하였고, 발아속도(germination speed, ∑(ni/ti )는 치상 후 일별 발아립수의 총 합계이며, 평균발아일수(mean germination time, ∑(ni⋅ti /N)는 치상 후 일수에 발아립을 곱한 전체 합을 총발아립수로 나눈 값 으로 나타내었다(Choi, 1993).

철분코팅 종자의 발아율 및 발아속도에 대한 영향을 구 명하기 위해 종자 수분흡수율을 조사하였다. 철분코팅 및 일반종자(대비) 100립을 위와 같이 petridish에 넣은 후 30°C 발아기에서 종자에 수분을 침윤시켰다. 발아기에서 12, 24, 36, 48, 72, 96시간 후에 종자를 꺼내어 종자 표면의 수분 을 paper towel로 제거한 다음 90°C 건조기에 5일간 건조 시킨 후 무게를 평량하여 계산하였다.

철분코팅종자를 과다신청 및 파종기 일실에 따른 사용 후 남은 종자를 장기간 보관하는 농가가 있어 이에 따른 종 자활력 유지기간을 구명하기 위해 대보 및 삼덕벼의 코팅 및 일반종자를 2015년 7월부터 상온 종자창고에 보관해 두 고 1개월 마다 1년간 발아율 변화를 조사하였다. 발아시험 조건은 위에서와 같이 30°C 발아기에서 수행하였다.

담수깊이별 출아시험

철분코팅종자의 담수직파 시 담수깊이에 따른 출아 및 초기 입모특성은 국립식량과학원 영덕출장소에서 폿트 시 험으로 수행하였다. 사각 플라스틱 상자(41×33×22 cm)에 8 cm 높이로 논흙을 채우고 물과 흙을 잘 섞은 후 2일 동 안 토양을 굳혔다. 종자이동을 막기 위해 물높이와 같은 플 라스틱판으로 2등분하여 6월 10일에 대보 및 삼덕벼의 철 분코팅 및 일반종자(대조) 100립씩 표면에 파종하였고, 파 종한 후 담수깊이를 1, 4, 7, 10, 13 cm 4단계 3 cm간격으 로 유지하였다. 파종후 20일에 출아율, 입모균일도, 뜬묘비 율, 초장, 근장을 조사하였고, 건물중은 지상부 및 뿌리를 분리한 다음 90°C 건조기에 5일동안 건조 시킨 후 무게를 평량하여 측정하였다. 출아율은 파종후 20일에 출아된 개 체수를 파종 립수로 나눈 다음 100을 곱한 값, 입모균일도 는 비정상 개체수를 제외한 정상 개체수를 총 출아갯수로 나눈 다음 100을 곱한 값, 모 충실도는 개체 당 지상부 건 물중을 초장으로 나눈 값으로 나타내었다. 시험은 완전임 의배치 3반복으로 실시하였다.

통계분석

시험성적 분석은 SAS Enterprise Guide 4.3(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) PC package를 이용하였다. 통계 package 로 평균을 구한 후 분산분석(ANOVA), Duncan의 다중검정 을 통해 5% 유의수준에서 비교하였다.

온도별 발아특성

철분코팅종자의 온도별 발아율, 발아속도 및 평균발아일 수는 Fig. 1 및 Table 1에서와 같다. 두 품종 모두 철분코팅 종자가 발아초기 치상 후 1∼2일 사이에는 온도에 관계없 이 일반종자보다 발아율이 높았으나 후기에는 철분코팅종 자와 일반종자의 발아율은 대보 및 삼덕벼 모두 97%로 비 슷하였다. 모든 처리에서 20°C에서는 치상 후 2일에, 25°C, 30°C 온도에서는 치상 1일후에 시작되었으며 철분코팅종 자의 발아율이 일반종자보다 20°C에서는 18∼42%, 25°C 에서는 13∼17%, 30°C에서는 23∼34%가 더 높았다. 그리 고 철분코팅종자는 일반종자보다 온도에 관계없이 발아속 도가 빨랐고 평균발아일수도 짧았으며 유의차도 있었다. 20°C, 25°C, 30°C 온도에서 코팅종자의 발아속도는 각각 36.7∼38.8, 52.5∼53.2, 73.0∼74.7로 코팅하지 않은 종자 의 발아속도보다 빨랐다. 또한 코팅종자의 평균발아일수는 20°C, 25°C, 30°C 온도에서 각각 2.8∼2.9일, 2.0∼2.1일, 1.5∼1.6일로 일반종자의 평균발아일수보다 짧았다. 철분 코팅 벼 종자의 발아율이 프라이밍 처리를 하지 않는 일반 종자보다 온도에 관계없이 높았다는 결과와 같은 경향이었 다(Mori et al., 2012, Han et al., 2014).

Fig. 1

Time courses of seed germination of iron-coated and non-coated seeds of two rice cultivars at different temperatures.

발아 시 수분흡수율 변화

벼 종자의 발아 시 수분흡수는 침윤 후 20시간 동안 급격 히 수분이 증가하고, 호흡과 해당, 전분 가수분해 등이 일 어나는 동안 정체했다가 50시간 뒤부터 유아나 유근이 출 현하면서 다시 생체중이 증가와 더불어 증가하는 3단계로 진행된다고 한다(He & Yang, 2013). Fig. 2는 대보와 삼덕 벼의 철분코팅 및 철분코팅을 하지 않은 일반종자의 30°C 온도에서 치상 후 시간별 수분흡수율을 나타낸 것이다. 수 분흡수율은 치상기간에 관계없이 일반종자가 철분코팅종 자보다 높았으나 수분흡수 패턴은 두 종자처리에서 비슷하 였다. 치상 전 종자수분함량은 일반종자가 12∼14%, 철분 코팅종자가 11%로 비슷하였고 24시간 후 일반종자는 41∼ 45%로 철분코팅종자 35%보다 16∼18% 높아 치상 후 96 시간까지 같은 경향이었다. 철분코팅종자의 수분흡수율이 일반종자보다 낮았던 원인은 종자외부의 철분과 석고 코팅 으로 인해 종자전체 무게가 일반종자 보다 증가하였기 때 문으로 판단된다. 벼 종자의 수분흡수시간과 발아특성과의 관계를 조사한 결과, 수분흡수시간은 발아율, 발아속도, 평 균발아일수와 모두 높은 정의 상관을 보여 초기 수분흡수 시간이 빠를수록 발아를 촉진하는 것으로 나타났다(Shon et al., 2013). 하지만 수분흡수율이 일반종자가 코팅종자보 다 높았음에도 불구하고 철분코팅종자가 초기 24시간까지 발아속도가 일반종자보다 빠르고 발아율이 높았던 것은 철 분코팅 처리 전 벼 종자를 물에 72시간 침종하여 발아직전 까지 진행된 종자를 소석고와 철분으로 코팅으로 인해 수 분변화가 적어 초기 발아직전 상태가 잘 유지된 반면 일반 종자는 철분코팅종자와 같이 침종한 종자를 꺼낸 다음 상 온에서 보관시간이 경과함에 따라 종자수분 다소 감소되어 발아가 늦어진 것으로 판단된다. 종자 프라이밍처리는 수 분흡수 및 호흡대사에 따른 종자내부의 배가 발아직전 단 계까지 발아준비가 진행되어 있어 프라이밍 처리하지 않은 일반종자 보다 빨리 발아 할 수가 있다고 보고하였다(Min & Seo, 1999; Lee et al., 1998; 1999; 2000).

Fig. 2

Time course of water absorption rate of the iron-coated and non-coated seeds of two rice cultivars at 30°C.

저장기간에 따른 발아율 변화

철분코팅종자와 일반종자의 저장방법 및 기간별 발아율 은 Fig. 3과 같다. 저장 1년 후 철분코팅종자의 발아율 저하 는 일반종자보다 훨씬 낮았다. 코팅종자를 상온에 보관할 경우 저장 1년후 대보 및 삼덕벼의 발아율은 76∼90%로 저장 전 발아율 97～98%보다 15∼22%가 낮아졌으나 일 반종자는 보관 3∼4개월 후 부터 발아율이 급격히 떨어져 1년 후 발아율은 39∼43%로 저장 전 발아율보다 56～60% 가 낮았다. 이러한 결과는 농가에서 철분코팅종자를 필요 이상 과다 준비하거나 파종기를 일실하여 남은 철분코팅 종자를 보관하고 있을 경우 가급적 제조 후 1년 이내에 사 용하는 것이 바람직하며 저장기간이 1년이 경과한 종자는 10a당 추천 파종량 5kg/10a 보다 많은 1.2∼1.3배 뿌려야 입모수 확보에 크게 문제가 없다는 것을 의미한다. 이와 같 이 철분코팅 종자가 일반종자보다 종자활력이 오래 지속되 는 것은 종피를 둘러싸고 있는 철분 및 석고막이 보호막 역 할을 해 주기 때문에 온도 및 습도 변화에 영향이 적었을 것으로 판단된다. 또한 철분코팅종자는 코팅한 후 5∼6개 월 동안 종자활력이 유지되기 때문에 파종하기전 시간적으 로 여유가 있는 농한기 때 미리 코팅작업을 해 두는 것도 노동력을 분산시킬 수 있는 방법으로 판단된다. Kanno et al. (2015)의 보고에 의하면, 철분코팅종자의 저장온도 및 기간은 5∼10°C 저장 시 390일 후의 발아율은 90%로 높 았으나 23°C에서는 210일간 저장 후 발아율은 85%정도 이었고, 28°C에서 210일간 저장 후 발아율은 60%로 낮았 다는 결과와 비슷하였다.

Fig. 3

Seed germination of iron-coated and non-coated seeds of two rice cultivars at different storage durations.

담수깊이에 따른 출아 및 초기생육

수심 3 cm 간격(1, 4, 7, 10, 13 cm)의 수준에서 철분코 팅 및 일반종자의 초기 모 출아율, 입모균일도 및 뜬묘비율 은 Table 2와 같다. 철분코팅한 대보와 삼덕벼의 평균 출아 율은 각각 92.4%, 92.6%로 철분코팅을 하지 않은 일반종 자의 평균 출아율 72.3%, 83.1%보다 대보는 21.8%, 삼덕 벼는 10.3% 높은 유의차를 보였다. 물 깊이별로는 수심 1 ∼13 cm에서 철분코팅종자의 출아율은 대보 90.7∼93.7%, 삼덕벼 90.0∼94.7%로 담수깊이에 관계없이 비슷한 반면 일반종자의 출아율은 수심 10 cm 깊이까지는 대보는 68.7 ∼81.0%, 삼덕은 80.3∼91.7%, 13 cm 깊이에서는 각각 57.7%, 71.7%로 코팅종자보다 유의성 있게 낮았다. Park et al. (1993)의 직파재배에서 물깊이별 벼 종자 출아율을 조사한 결과, 15 cm이상 수심에서 입모율은 0∼7 cm에 비 하여 15∼16%가 감소하였다는 결과와 비슷한 경향이었다. 정상개체 입모비율을 나타내는 입모균일도도 출아율과 마 찬가지로 두 품종에서 코팅종자가 각각 평균 94.6%, 96.3% 로서 일반종자 81.1%, 87.6%보다 유의하게 높았다. 또한 물에 뜬묘비율은 코팅종자에서 3%이하로 일반종자는 6∼ 23%보다 현저하게 줄어들어 유의차를 보였다.

이와 같이 철분코팅종자가 일반종자에 비해 깊은 수심에 도 출아율 및 입모균일도가 높고, 물에 뜬묘비율이 낮은 것 은 종자에 철분 및 석고코팅으로 인해 100립당 종자무게가 3.66∼3.69 g으로 일반종자보다 1.5배 더 무겁게 되어 담수 직파 또는 무논직파 시 종자가 논바닥에 쉽게 부착되거나 관개 시 이동하거나 뜨지 않아서 출아율이 높고, 뿌리활착 이 양호하여 초기 입모에 유리하다는 것을 나타낸다. Yamauchi(2004)의 보고에 의하면, 철분코팅종자의 경우 담수직파재배에서 논 써레질 5∼6일 후에 파종하여도 초기 입모에는 문제가 없었으나 코팅을 하지 않은 일반종자를 이시기에 파종한 결과 뿌리를 내리지 못하고 뜨는 종자의 비율이 높아 입모가 불량하였다는 결과와 같은 경향이었다.

Table 3에서와 같이 파종 후 20일 묘의 평균 초장은 철분 코팅종자에서 대보 22.5 cm, 삼덕벼 25.0 cm, 일반종자는 각각 23.6 cm, 25.3 cm 이었고, 평균 뿌리 길이는 코팅종자 는 대보 12.9 cm, 삼덕벼 12.8 cm, 일반종자에서 대보와 삼 덕벼 모두 14.8 cm로 코팅종자와 일반종자 간에 서로 비슷 하였다. 담수 1 cm 깊이에서 초장은 18.8∼22.7 cm이였으 나 13 cm 물깊이에서는 27.1∼29.3 cm로 두 종자 모두 담 수심이 깊어질수록 초장은 유의하게 깊어졌다. 담수심이 깊어질수록 용존산소와 및 광투과량이 줄어들어 모가 길어 지고 연약하게 자라기 때문이다(Park et al., 1993).

지상부 건물중은 철분코팅종자에서 상자당 각각 대보 17.1 g, 삼덕벼 23.6 g으로 일반종자의 평균 건물중 12.1 g, 17.5 g보다 각각 대보 41%, 삼덕벼 35% 유의한 증가를 보 였다. 담수심별로는 대보벼는 철분코팅종자와 일반종자 모 두 유의차가 있었으나 삼덕벼는 유의차는 인정되지 않았다. 또한 뿌리무게도 종자종류 및 담수깊이 간 유의차가 인정 되지 않았다. 건물중에 대한 초장비로 나타낸 모 충실도를 보면 철분코팅종자의 경우 평균 1.58 mg/cm, 1.63 mg/cm 로 일반종자에서 1.12 mg/cm, 1.26 mg/cm보다 유의하게 높은 반면 담수심별는 삼덕벼 일반종자를 제외하고는 코팅 종자 및 일반종자 모두 비슷하였다. 따라서 담수직파에서 철분코팅종자는 프라이밍처리를 하지 않은 일반종자 보다 파종후 2일과 10일 사이의 출아율도 높았고, 지상부 건물 중도 더 무거웠다는 결과와 같은 경향이었다(Furuhat et al., 2009; Mori et al., 2012).

이상의 결과를 종합 해 볼 때, 철분코팅종자의 경우 담수 직파재배에서 출아율, 입모균일성이 높고 뜬묘발생이 적어 지상부 건물중 및 모충실도가 높아 초기입모확보에 일반종 자보다 유리하다는 것을 알 수 있었다. 하지만 철분코팅종 자의 담수조건에서 초기 입모 및 생육촉진이 벼 전생육기 를 통한 생육 및 수량에 미치는 영향은 추후 포장시험을 통 해 더 면밀한 검토가 필요하다.